35kV变电所综合自动化张志诚刘燕陕西省农电管理局(710054)陈明陕西电力隆地自动化有限公司1　模拟信号输入模块变电所的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等均为模拟量，必须变换成微处理器能够处理的信号。一般情况下A/D的输入端输入信号的范围为±10V或±5V。对于电压信号，是由模拟量输入模块内小电压互感器将电压转换为10/3V或5/3V(有效值)的小电压信号。电流信号是由模拟量输入模块内小电流互感器将5A的大电流转换成比例的小电流再经过精度电阻R转换为电压信号。经变换后的小信号通过联接端子引入CPU模块中的A/D转换器。2　数字信号输入板(可与CPU板合二为一)作用：输入断路器状态、隔离开关状态、变压器有载开关档位、内部继电器状态(用于自检等高级功能)等。由于现场工作环境恶劣，电磁干扰很强。因此，从现场一次设备上引入的电缆线必须经过隔离后方能进入CPU模块。通常对于开关量，是通过输入模块中的光电耦合器(简称光耦)进行隔离的。光/电耦合器输入侧与输出侧，可耐受几千伏电压。当现场开关量状态闭合时光耦导通，进入CPU口线的状态变为低电平，反之则为高电平，CPU据此可检测开关量的状态及变化发生的时刻。在输入模块中，通常有多路光耦用于实现对多个开关量的输入。3　继电器模块当CPU将输出口线Po置低电压时，光耦导通继电器动作，而光耦作用是用于将CPU系统与继电器隔离，以减少强弱电之间的相互影响。4　CPU模块(1)CPU：为CPU模块的核心，现实意义上的CPU实际上是一个完整的、独立集成在一片芯片上的计算机系统，所有的算术运算、逻辑运算，均在此芯片中完成，甚至对于功能高档，资源丰富的CPU，片内还集成了大量的供用户选用的外围设备如：RAM、ROM、E2PROM、A/D、D/A等，CPU的功能越强大，装置的性能就越有保证。早期国内的用于综合自动化单元或微机保护的多为以8031为内核的单片机系列，属于8位机，运算速度很低。现在用于变电所综合自动化单元的CPU多选用INTEL公司80C196系列产品，属16位单片机。随着技术的进步，国内一些著名的生产变电所自动化设备的厂家已推出了以32位高档微机为核心的综合自动化单元，在性能上有了很大飞跃。(2)A/D：完成模拟量到数字量的转换。早期产品中，完成模拟量到数字量的转换常采用多路开关、采样保持、A/D转换器、三个器件，转换位数一般不超过12位。随着技术的进步现在的A/D已将三种器件全部集成在一个芯片内，且转换速度大大提高。许多CPU还是有片内A/D，但几乎均为10位的，对于变电所综合自动化单元不宜采用片内A/D。A/D的一个最重要指标，也是影响整个装置性能的指标是它的位数，即转换后数字量的位数，位数越高其分辨率超高，装置的精度就越高。例如：一个10位A/D，其输入电压范围为0～10V，当输入为10V时，其输出为1111111111b(二进制)其分辨率为10V/210＝9.766mV，即输入模拟量变化9.766mV时其输出才变化1(二进制)个二进制数码。而一个输入电压范围为0～10V的14位A/D，其分辨率为10V/214＝0.610mV，显然比10位A/D分辨率高得多。AD7865为14位4通道高速A/D转换器，片内带4路采样保持器，1个4选1多路开关、1个14位A/D、4个转换结果存贮寄存器及相关的控制电路，当CPU内CONST引脚一个低脉冲时，在COPNST的上升沿启动AD7865，保持器同时对CH1～CH4个端子上模拟量进行采样、保持，而后由片内控制电路控制对4个通道的模拟量依次进行转换。在转换过程中，BUSY脚处于高电平，提示CPU转换正在进行，每转换完一个通道的量，EOC脚给出一个低脉冲，所有4个通道转换完毕，BUSY引脚变低指示所有转换已完成，CPU可以从片内的4个寄存器读转换结果，而后CPU可连续读入4个转换结果，如RD、CS低脉冲即为CPU从AD7865中读4个转换结果，在RD的上升沿将数据线上的数锁入CPU。(3)RAM(随机存贮器)：用于存贮运算的中间结果，断电后数据即丢失，现有许多较好的CPU内带一定数量的RAM，CPU片外可不再设RAM。(4)DPROM(可编程只读存贮器)：用于存放用户事先编好的程序，断电后存贮的信息不丢失，但可用专用工具擦除，重新编程。现在许多CPU中带有一定数量的EPROM或FLASHRAM(兼有EPROM和E2PROM的性能)。如所编程序可以存下，片外EPROM可省。(5)E2PROM(电可擦除可编程只读存贮器)：用于存放保护定值事故信息等，断电时不丢失，且可随时擦除和写入。(6)复位电路：用于上电时复位CPU。5　入机接口模块包括液晶显示器或发光二极管显示阵列，操作作按键等。用于就地显示相关信息及调整装置调度、操作。6　电源模块用于将直流或交流220V转换成＋5V、＋24V供CPU模块等用电。通常电源模块对于整个装置工作的可靠性，抗干扰性能起着至关重要的作用。目前国内许多厂家在电源设计上都存在着较大问题。7　变电所综合自动化设备选型的注意事项(1)元器件的选择：这里主要谈对装置性能有着决定作用的CPU及A/D。前几年国内生产厂家主要以INTEL公司的80C196系列CPU为核心生产综合自动化装置，80C196属16位单片机。许多公司为降低成本直接使用片内的10位A/D，因此装置的精度无法保证。近两年较为先进的综自单元已采用32位高性能微处理机，且各种资源非常丰富，这对于提高装置的总体性能非常有益。为保证性能，好的综自单元已选用14～16位快速，多通道A/D，而较差的装置则使用片内10位A/D。除了考虑A/D、CPU的档次外，还应注意其主要资源，如RAM、E2PROM、EPROM的容量等。一般讲这些资源越大越好。作为一般原则，好的综自单元主要应当达到以下水平：①至少16位CPU；②至少14位A/D；③不少于64K的程序存贮器。(2)硬件系统设计水平：硬件系统设计包括：电源设计、CPU主板设计、PT/CT板设计、继电器出口、信号板设计及装置连接方式设计。硬件系统设计水平的高低直接影响装置在现场运行的稳定性、可靠性。硬件系统的设计是一个系统性的工作，是很有讲究的，其中最主要的有：①电源设计，这对于整个系统的抗干扰性能至关重要；②CPU主板设计，主板原器件的选择，这尤为重要，要充分考虑抗干扰性，考虑现场较恶劣的工作环境，因此，现在比较好的做法是选用工业级，表面贴装器件，采用多层板技术；③装置工艺设计，装置工艺设计不仅是为保证有较好的外观，同时也为保证装置内插接件尽量少而合理，从而提高整机可靠性，减少现场维护工作量，装置在硬件设计时应考虑能够自检(与软件配合)到至少模块级，在装置出现硬件故障时，使运行维护人员能很快确定故障原因，便于快速排除故障。(3)软件系统设计水平：①装置底层软件设计。因装置底层软件直接决定了装置的运行性能，因此是最为重要的。首先，底层软件必须实现装置的基本功能，如变压器保护必须具备差速差动，比例制动差动等，其各种功能在各种运行状况下都必须正确无误，其次装置人机界面要简单直观，易于操作，这主要是软件的界面要做得好，装置底层软件对装置的抗干扰性能也能起着很重要的作用。②后台高级软件设计。在变电所综合自动化系统中，后台高级软件(监控软件)的好坏主要体现在软件运行的稳定性、方便性、界面的简单好看、适于现场运行习惯等几个方面。如：现有许多厂家生产的综合自动化系统都无法分开关变位是事故变位还是正常操作变位，在正常操作变位时仍发事故音响报警。(4)系统结构：综合自动化系统结构的好坏对整个系统的性能指标有着至关重要的影响，如目前大多数厂家都采用485总线的方面，因此装置内的SOE(事故信号)分辨率很难达到国标规定的小于等于10ms，并且其数据、信息上传的速率也较低的，较好的系统结构应当采用网络结构，如CAN总线或以太网形式。(5)装置性能测试：用于变电综合自动化系统的现场设备，必须达到国标规定的EMC(电磁兼容性)标准。这一点尤为重要，否则设备在现场运行时很难达到可靠、安全。因为装置抗干扰的性能到底如何，只能通过相应的测试手段才能评估，如：有些厂家的设备其硬件设计很简易，根本不考虑抗电磁干扰的措施，当给其电源施加Ⅱ级快速脉冲串干扰时，其电流速断保护根本无法出口，这样的装置用于现场常会出现在短路故障时拒动的现象，而这种现象运行部门根本无法查出，作为设备选型，适当对有些设备做必要的测试是非常必要的。